宇宙知識(shí)——宇宙自然選擇學(xué)說(shuō)簡(jiǎn)介
為什么宇宙會(huì)是我們觀測(cè)到的這副樣子?為什么它具有目前已測(cè)知的那些基本常數(shù)值?80年代初,在宇宙創(chuàng)生大爆炸框架下發(fā)展了目前最流行的暴脹宇宙模型：宇宙在大爆炸后不到1秒的時(shí)間里膨脹了大約10-30倍,大約和橘子一般大小,然后開(kāi)始以較穩(wěn)定的膨脹速率,直到現(xiàn)在,大約150億年,成為目前的樣子.在這個(gè)過(guò)程中,物質(zhì)“疙瘩”逐步形成了星系、恒星以及生命.這個(gè)模型暴脹期的長(zhǎng)短是個(gè)關(guān)鍵.若稍短,物質(zhì)為充分散開(kāi),原生宇宙就有重新坍縮為起點(diǎn)；若稍長(zhǎng),原生宇宙的物質(zhì)則過(guò)于分散,形不成星系和恒星,自然也就不會(huì)出現(xiàn)生命和人類.因此出現(xiàn)了暴脹為何如此精確的問(wèn)題,按照現(xiàn)行的物理學(xué)基本定律,大爆炸產(chǎn)生的宇宙其“自然尺寸”應(yīng)該只有亞原子大小,即普克郎長(zhǎng)度10 ^－35量級(jí),而這樣的宇宙是短命的.前蘇聯(lián)科學(xué)家林德提出“自我增殖的宇宙”概念——“最有可能的是,我們正在研究的宇宙是由早期的若干宇宙所形成的.”1987年霍金進(jìn)一步提出了“嬰兒宇宙”模型,兩個(gè)大宇宙通過(guò)一個(gè)細(xì)“管子”連接起來(lái),這個(gè)細(xì)管子稱為“蟲(chóng)洞”,大宇宙為母宇宙,可能存在著從母宇宙分岔出去的另一端是自由的蟲(chóng)洞,這樣的管子成為子宇宙、嬰兒宇宙.就是說(shuō)除了我們生存的宇宙之外還可能存在著眾多的由蟲(chóng)洞連接起來(lái)的其他宇宙.1992年,薩莫林在前人基礎(chǔ)上提出了宇宙自然選擇學(xué)說(shuō).母宇宙是空間閉合的,猶如一個(gè)黑洞,該黑洞在生存了一段時(shí)間后坍縮為一個(gè)奇點(diǎn),奇點(diǎn)又會(huì)反彈爆炸膨脹為新的下一代宇宙.這個(gè)學(xué)說(shuō)的要點(diǎn)是,子宇宙中的物理常數(shù)較之母宇宙的物理常數(shù)會(huì)有小的、或強(qiáng)或弱的隨機(jī)變異,新生的嬰兒宇宙在再次坍縮成奇點(diǎn)前能膨脹到幾倍普克郎長(zhǎng)度大小,隨機(jī)變異的物理常數(shù)有可能允許小小的暴脹,子宇宙可變的較大,當(dāng)它足夠大時(shí),可分隔為兩個(gè)或更多的不同區(qū)域,每個(gè)區(qū)域又坍縮為一個(gè)新的奇點(diǎn),新奇點(diǎn)又觸發(fā)下一代的子宇宙,如此時(shí)代相傳,有的小宇宙重又坍縮,有的具有某些基本常數(shù)值的宇宙能更有效的產(chǎn)生許多黑洞,從而較具有其他某些基本常數(shù)值的宇宙留下更多的后代,借用生物進(jìn)化論的術(shù)語(yǔ),它們是被“自然選擇”下來(lái)的,經(jīng)“選擇”作用,產(chǎn)生越來(lái)越多的黑洞,也就形成了更多的宇宙.如果宇宙確是由以前的宇宙世代經(jīng)過(guò)這種“自然選擇”而產(chǎn)生的話,那么應(yīng)該預(yù)期我們生存在其中的宇宙會(huì)具有所觀測(cè)到的樣子并正好具有目前測(cè)知的基本常數(shù)值.這個(gè)學(xué)說(shuō)的另一要點(diǎn)是關(guān)于恒星的存在.在許多情況下,恒星是黑洞的前身.在氣體和塵埃云中,恒星仍在形成.在碳?jí)m埃微粒表面進(jìn)行著的化學(xué)反應(yīng)使氣體冷卻并促使氣云坍縮.但碳?jí)m埃粒子是從那里來(lái)的呢?斯莫林指出碳元素是由核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的這一情況只有在質(zhì)子的質(zhì)量稍大于中子的質(zhì)量時(shí)才會(huì)發(fā)生,如果兩者質(zhì)量之差比氦核的結(jié)合能大的多,則質(zhì)子和中子不可能粘在一起形成氦核,沒(méi)有氦,聚變反應(yīng)鏈在第一階段便終止了,根本形不成更重的元素,從而使恒星將少得多,自然也不會(huì)有多少黑洞,因此在任何一個(gè)宇宙中,若其中質(zhì)子與中子的質(zhì)量相差較大,將只能產(chǎn)生很少的宇宙,也就沒(méi)有什么“選擇”的余地了.